لینک دانلود کل مطلب و تصاویر 17 صفحه

قسمت :اول - دوم

ريخته گري با مدل هاي فومي فداشونده يکي از روش هاي جديد ريخته گري است که به علت برخورداري از ويژگي هاي منحصر بفرد خود، مورد توجه خاص قرار گرفته است و روزبه روز در حال توسعه است. در حال حاضر، تحقيقات متعددي در زمينه شناخت مکانيزم هاي کنترل کننده اين فرايند، در حال انجام است. در اين فرايند، به محض تماس مذاب با مدل فومي جامد، اين مدل تبخير يا ذوب شده و مذاب جاي آن را پر کرده و شکل قطعه نهايي را به وجود مي آورد. روش ريخته گري با استفاده از مدل هاي فومي، يکي از روش هاي توليد قطعات با پيچيدگي بالا و دقت مناسب است و امروزه در شرکت هاي پيشرفته خودروسازي نظير بنز، BMW، فورد و جنرال موتورز براي توليد انبوه برخي از قطعات پيچيده آلومينيمي و چدني استفاده مي شود. در اين مقاله، تلاش شده تا فرايند ريخته گري با اين روش و برخي عوامل مؤثر بر تهيه و توليد مدلهاي فومي، شرح داده شود.
فرايند ريخته گري با مدل از بين رونده در کشورهاي صنعتي با نام هاي Evaporative pattern casting (EPC), Ecpandable pattern casting (EPC), Full mold casting و Lost foam casting (LFC) و در ايران با نام هاي فرايند ريخته گري توپر، ريختهگري با مدل از بين رونده و يا ريخته گري با مدل تبخيرشونده، شناخته شده است.
در اين روش، مدل از جنس پلي استيرن منبسط شده EPS يا پلي متيل متاکريلات منبسط¬شده EPMIMA  ساخته مي شود.
مدل فومي، توسط دوغاب حاوي مواد ديرگداز، پوشش داده شده و خشک مي شود. پس از مونتاژ و خوشه چيني درون يک درجه، توسط ماسه بدون چسب قالب گيري مي شود. براي افزايش استحکام خام، معمولاً درجه را در حين پرکردن از ماسه، تحت ارتعاش مکانيکي قرار مي دهند. سپس عمل مذاب ريزي انجام مي شود. مدل فومي به مجرد ورود مذاب شروع به تجزيه شدن کرده و مواد حاصل از تجزيه به درون ماسه بدون چسب نفوذ کرده و از محفظه قالب خارج مي شوند. در روش ريخته¬گري توپر، سرعت پرشدن قالب، سرعت و نحوه انتقال حرارت درون محفظه به محيط اطراف، نحوه انجماد و احتمال ايجاد انواع عيوب ريختگي، به نحوه تجزيه فوم پليمري و خروج مواد حاصل از تجزيه بستگي دارد. گرچه تمام فلزات را مي‌توان از اين روش ريخته گري کرد، اما اکثراً براي ريخته گري آلياژهاي آلومينيم و چدن استفاده مي شود و تقريباً تمامي مطالعات انجام شده، بر روي اين دو دسته از آلياژها صورت پذيرفته است.
مهم ترين مزاياي روش ريخته گري توپر در مقايسه با روش ريخته گري معمولي در ماسه را مي توان به شرح ذيل خلاصه کرد:

حذف سطح جدايش و قابليت توليد قطعات پيچيده و سهولت توليد قطعات با شيب هاي منفي (عدم نياز به خارج کردن مدل) و توليد آسان‌تر قطعاتي که نيازمند ماهيچه هاي ظريف و شکننده مي باشند.
فرايند قالب گيري بسيار ساده تر
کاهش اتلاف مواد اوليه و کاهش توليد مواد آلوده کننده محيط زيست (در اين روش به چسب نيازي نيست و تقريباً تمام ماسه مصرف شده به سهولت و بدون هيچ فرايند اضافي قابل بازيابي است.)
افزايش دقت ابعادي ناشي از وجود پوشان بر سطح مدل فومي و کاهش سرعت سرد شدن قطعه (و در نتيجه کاهش تاب برداشتن و ترک گرم) و در نتيجه افزايش قابل ملاحظه کيفيت سطحي.
ساده، سريع و ارزان بودن ساخت مدل فومي و داشتن توجيه اقتصادي براي توليد قطعاتي که به صورت تک-ريزي مدل سازي مي شوند.
حذف ماهيچه و در نتيجه عدم شکست و جابجايي ماهيچه و عدم نياز به تخليه ماهيچه و تميزکاري کانال هاي قطعه
عدم سرمايه گذاري در تجهيزات ماهيچه گيري، بازيافت ماسه و تجهيزات پيچيده تخليه ماهيچه
صرفه جويي در مواد اوليه و بازده ريخته گري بالا به دليل استفاده از خوشه چيني و حجم کمتر مصرفي براي راهگاه ها
نداشتن پليسه
عدم از دست دادن دقت ابعادي قالب هاي توليد فوم بر اثر استفاده مکرر
 به طوري که دانه هاي کروي، تمامي زوايا و گوشه هاي محفظه را پر مي کنند. بر اثر حرارت (معمولاً ناشي از بخار آب)، دانه هاي کروي بيشتر منبسط شده و فضاي بين خود و همچنين گوشه ها را به طور کامل پر مي کنند
بخار آب، ابتدا از يک قسمت قالب دميده شده و از منافذ سمت ديگر قالب خارج مي شود. سپس اين کار به طور معکوس انجام مي گيرد. بر اثر حرارت، ذرات پلاستيکي شده و به يکديگر جوش مي خورند و توده اي کفي شکل را تشکيل مي دهند که تمامي محفظه قالب را پر کرده است. پس از آن، مدل توسط دمش آب به ديواره-هاي قالب يا اعمال خلاء، به درون منافذ ديواره هاي قالب خنک شده تا فشار گاز داخل هر ذره کاهش يابد و ديواره  آن سخت شود و شکل نهايي مدل بر اثر خروج از محفظه ثابت باقي بماند.
حالت بهينه پرشدن قالب و قانون «سه دانه مجاور در باريك‌ترين مقطع»
 در مورد اندازه دانه  هايي که انبساط اوليه را گذرانده اند، قانوني وجود دارد که بر طبق آن، اندازه بهينه اين دانه ها براي بهترين حالت پرشدن قالب بايد به قدري باشد که در باريک ترين مقطع مدل حداقل سه دانه در کنار هم قرار گيرد. مدل هاي ساخته شده از EPS به مرور زمان منقبض مي شوند. کارخانه اي که از مدل هاي از بين-رونده استفاده مي کند، بايد هنگام ساخت قالب مدل به انقباض مدل نيز در کنار انقباض ناشي از انجماد توجه داشته باشد. مقدار و سرعت انقباض مدل هاي فومي به ابعاد و چگالي ذرات EPS مورداستفاده بستگي دارد. عمر دانه ها قبل از انبساط اوليه و قالب گيري نيز ممکن است بر شدت و ميزان انقباض تأثير بگذارد. بيشتر انقباض در خلال 30روز اول توليد مدل ايجاد مي شود و ميزان آن مي تواند در حدود 0.8درصد انقباض خطي باشد.
عوامل بسياري بر دقت ابعادي مدل فومي تاثير مي گذارد که از جمله آنها مي توان به نوع پليمر مورداستفاده، مقدار و نوع مواد منبسط کننده، دماي بخار آب، زمان بخاردهي، چرخه سردکردن قالب، زمان خارج کردن مدل از قالب، دماي مدل در حين خروج و زمان و دماي پايدارسازي، اشاره کرد. مدل هاي فومي داراي چگالي هاي متفاوت، مقادير متفاوتي گاز در اثر تجزيه توليد مي کنند. هر چه چگالي مدل بيشتر باشد، حجم گاز حاصل از تجزيه فوم بيشتر خواهد بود. علاوه بر آن، مدل هاي ساخته شده از EPMIMA گاز بيشتري نسبت به مدل هاي EPS در حين تجزيه توليد مي کنند. حجم گاز توليد شده بر سرعت خروج فراورده هاي تجزيه از قالب و در نتيجه بر سرعت حرکت مذاب در درون قالب تأثير زيادي دارد.
2. مونتاژ و خوشه چيني
براي تهيه مدل هاي پيچيده در اين روش، ابتدا مدل را به قطعه هاي ساده تر قابل ساخت تقسيم کرده و سپس هر قطعه را در قالب فوم مخصوص به آن توليد مي کنند. در مرحله بعد قطعه هاي توليد شده را به وسيله چسب هاي مخصوص با يکديگر مونتاژ مي کنند تا شکل نهايي قطعه حاصل شود. معمولاً براي مونتاژ قطعه هاي فومي از چسب گرم استفاده مي شود. براي ريخته گري راهگاه ها که به صورت جداگانه تهيه شده به قطعه مونتاژ مي-شود. در بيشتر موارد براي بهينه سازي ذوب ريزي و کاهش مذاب مصرفي قطعه ها خوشه چيني مي شوند.
مدل فومي و قطعه ريخته شده بلوک سيلندر (يکي از محصولات کارخانه جنرال موتورز)
 مدل به قطعه هاي ساده تر قابل ساخت تقسيم شده و سپس مونتاژ مي شود